一种用于重型燃机轮毂榫齿修复的镍基合金粉末的制作方法

文档序号:12414522阅读:253来源:国知局

本发明涉及一种修复重型燃机核心部件的合金粉末,特别是涉及一种用于修复重型燃机轮毂榫齿的镍基合金粉末。



背景技术:

重型地面燃机由于建设周期短,发电运行环保,能够独立快速启动,承担电网的调峰运行和黑启动功能。虽然我国贫油贫气,但燃油燃气重型地面燃机在我国仍有近一百台的保有量。

燃煤发电机组我国有三大三小专业化生产企业。但燃油燃气重型地面燃机,我国没有专业化生产企业,所使用的设备全部依靠进口。每年设备维修与备件更换大约5亿美金市场,全部也由外国原制造企业和专业化服务企业占领。国内企业在这一领域,由于没有国外生产企业授权,没有相关维修资料和维修业绩,迟迟进入不了燃机发电的维修行业。

激光熔覆技术用于涡轮设备核心部件的再制造,已在石化、冶金、航空、铁路等领域获得了广泛的应用。电力行业的燃煤机组,采用激光熔覆技术对损伤的汽轮机、发电机主轴进行再制造,已有上百个成功案例。

由于机组每天调峰运行,非工作时间低速盘车保养。为了保证燃机在高温运行时动叶片与轮毂榫齿之间配合尺寸,在冷态时动叶榫齿和轮毂榫齿必须预留一定的间隙,所以机组在非工作低速盘车会造成动叶和轮毂榫齿的磨损。当轮毂榫齿磨损较大时,动叶片会脱出,造成动叶断裂、轮毂报废的重大事故。

激光熔覆是指通过不同的方式在被熔覆的基体上添加选择的涂层材料,经高能密度激光束辐照加热,使之和基体表面熔化,并快速凝固,从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层的工艺过程。作为近年来材料表面强化方面的先进技术,激光熔覆具有引起工件变形小、稀释率低、涂层与基材间结合力强等一系列优点,但根据基材以及所需性能的不同,需要合理的选择熔覆粉末以及熔覆工艺,否则熔覆层会出现气孔、裂纹等缺陷,影响工件的使用性能。

激光熔覆修复技术作为一种先进的再制造技术,近年来得到了迅速推广和广泛应用。

但是,目前市场上激光熔覆专用的合金粉末并不多见,而喷焊、喷涂等传统工艺所使用的合金粉末,是按不同比例加以调配,并以机械混粉的形式配制所需的各种镍基、钴基、铁基合金粉末。这些混合合金粉末存在诸如混合不均匀、颗粒度差异大、熔点不同、成分偏差、膨胀系数不同等问题,导致在实际熔覆中无法控制裂纹、气孔、偏析、性能不稳、不易机加等缺陷。

地面燃机的制造工艺极其复杂,工艺要求高、材料特殊,因此对材料的要求十分重要,合适的激光熔覆材料以及激光熔覆工艺,并且要保证激光熔覆修复后力学性能不下降。因此,研究开发出新的具有耐蚀耐磨能力的、性能稳定的激光熔覆用镍基合金粉末,是所述技术领域里的重大课题,经本申请人检索查证:国内外尚无这方面的相关报道。



技术实现要素:

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题,通过反复研究改进,给出了具有耐磨性好的适用于燃气轮机轮毂榫齿的合金粉末,能够在轮毂榫齿榫槽内熔覆一层无裂纹、无杂质、组织致密的耐磨合金粉末,大幅度提高了重型燃机的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的:一种用于重型燃机轮毂榫齿修复的镍基合金粉末,其材料成分按重量百分比计的配比如下。

C:0.1-0.2%,Cr:21.0-24%,W:8.5-10.5%,Mo:9.1-11.5%,Ti:3.6-5.5%,,Al:3.0-5.0%,V:1.8-3.2%,余量为Ni。

这种合金粉末以镍基合金为基体,粉末中的铬含量较高,可与粉末中的碳元素形成适量的碳化铬等硬质相,提高涂层的硬度和耐磨性能,且铬具有较强的固溶强化能力,提高熔覆层的强度,也能提高熔覆层的耐蚀性能;钼,作为一种稀土元素,能够起到使组织均匀细化的作用,同时钼的原子半径较大,固溶后发生较严重的晶格畸变,提高熔覆层的硬度,从而提高其耐磨性能,还通过其他合金元素的添加进行合金基体强化。通过调整各元素间成分的配比,使得到的熔覆层无夹杂、气孔以及裂纹等缺陷,且耐磨损性能良好,适用于轮毂榫齿的激光熔覆。

本发明给出的具有耐蚀、耐磨性能的激光熔覆用涂层铁基合金粉末,在实际熔覆操作中采用5KW CO2激光器,重型燃机轮毂榫齿的工艺参数是:功率:3000~4000W,光斑直径:3~4mm,扫描速度:400~500mm/min,搭接率:50%。

本发明给出的这种具有耐蚀、耐磨性能的激光熔覆用防腐涂层镍基合金粉末材料,专门应用于重型燃机轮毂榫齿。

与现有技术相比,本发明通过分析材料中不同元素特性,设计出适合轮毂榫齿的耐磨材料,粉末中的铬含量较高,可与粉末中的碳元素形成适量的碳化铬等硬质相,提高涂层的硬度和耐磨性能,且铬具有较强的固溶强化能力,提高熔覆层的强度,也能提高熔覆层的耐蚀性能;钼,作为一种稀土元素,能够起到使组织均匀细化的作用,同时钼的原子半径较大,固溶后发生较严重的晶格畸变,提高熔覆层的硬度,从而提高其耐磨性能,还通过其他合金元素的添加进行合金基体强化。通过调整各元素间成分的配比,使得到的熔覆层无夹杂、气孔以及裂纹等缺陷,且耐磨损性能良好,适用于轮毂榫齿的激光熔覆。

具体实施方式

实施例1。

用5KW CO2激光器,对重型燃机轮毂榫齿进行激光熔覆。设计的镍基合金粉末合金元素的质量百分数是。

C:0.15%,Cr:23%,W:9.2%,Mo:10.7%,Ti:5.2%,,Al:4.3%,V:2.9%,余量为Ni。

其熔覆工艺参数是:功率:3000~4000W,光斑直径:3~4mm,扫描速度:400~500mm/min,搭接率:50%。

本发明通过调整各元素间成分的配比,能够在轮毂榫齿榫槽内熔覆一层无裂纹、无杂质、组织致密的耐磨合金粉末,且耐磨损性能良好,适用于轮毂榫齿的激光熔覆,大幅度提高了重型燃机的使用寿命。

实施例2。

用5KW CO2激光器,对重型燃机轮毂榫齿进行激光熔覆。设计的镍基合金粉末合金元素的质量百分数是。

C:0.17,Cr:21.5%,W:10.2%,Mo:9.8%,Ti:3.9%,,Al:4.2%,V:3.1%,余量为Ni。

其熔覆工艺参数是:功率:3000~4000W,光斑直径:3~4mm,扫描速度:400~500mm/min,搭接率:50%。

本发明通过调整各元素间成分的配比,能够在轮毂榫齿榫槽内熔覆一层无裂纹、无杂质、组织致密的耐磨合金粉末,且耐磨损性能良好,适用于轮毂榫齿的激光熔覆,大幅度提高了重型燃机的使用寿命。

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